195176, г. Санкт-Петербург,
Пискаревский пр. д.25,
литер А пом. 8Н.
info@armkllc.ru
   +7 (812) 748-51-31

Производство будущего: новая веха 3D-печати

Дата публикации: 2019-06-07 13:42:00

 

Сначала была проблема. 

Предметы, изготовленные путём трёхмерной печати, могут быть легче, прочнее, сложнее и даже более эстетичны, чем то, что делается традиционно. Сейчас в этом способе видят революционность, которая в силах трансформировать большинство производств. Существуют даже шутки относительно проверенных, наукоёмких и всё ещё очень современных методов – дескать, они уже родились «дедовскими». Но чтобы потенциал реализовался необходимо решить некоторые технические аспекты.

Сегодня 3D-печатью создаются в основном прототипы или небольшие партии специализированных деталей. Принтеры, доступные для коммерческого использования обычно предлагают либо только высокоскоростное, либо высокоточное или высококачественное сырьё. Крайне редко удовлетворяются все три критерия, что негативно сказывается на ассортименте производственных возможностей этого инструмента. Дело в том, что существует множество веществ довольно сложных для принтеров. Одни из них – силикон (и прочие резиноподобные материалы) и эпоксидные смолы (тип высокотемпературных материалов), которые часто используются для изоляции электроники и в различных потребительских, медицинских и промышленных изделиях. Они приводят к неравномерному распределению в процессе печати и засорениям, влекущим сбои в работе. И самое неприятное, что многие такие вещества склонны к усадке, почти гарантируя деформацию изделия со временем.

Для решения этой и других проблем был создан многокомпонентный струйный 3D-принтер «Snapper» с возможностью одновременного производства десятью материалами. Так Inkbit, стартап из лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта MIT (Массачусетский технологический институт), собирается настолько преобразовать работу 3D-принтера, чтобы радикально нарушить производственные процессы во множестве отраслей.

А давайте приделаем ему глаза. Пусть видит что творит.

«Компания родилась из идеи наделить 3D-принтер глазами и мозгом, - говорит соучредитель и генеральный директор Inkbit, доктор философии Дэвид Марини. – Все знают, что преимущества 3D-печати огромны, но у большинства людей возникают проблемы с её внедрением. Технологии пока просто не существует. Наша машина – первая, которая может узнать свойства материала и предсказать его поведение».

Основатели проекта много лет работают в группе вычислительного производства Matusik в рамках Лаборатории информатики и искусственного интеллекта в MIT. Сначала исследователи пустили в ход простой трёхмерный сканер для отслеживания прогресса своего устройства. Но для первого принтера они хотели значительно улучшить «глаза» своей машины. Было решено использовать сканер оптической когерентной томографии (ОКТ), который использует длинные световые волны, чтобы видеть сквозь поверхность вглубь материалов и сканировать их слои с разрешением, кратным толщине человеческого волоса.

Но так случилось, что подобными сканерами традиционно пользуются лишь офтальмологи, а у них другие задачи и другие требования к данной аппаратуре. Приборы оказались слишком медленными. Поэтому команда, как высказался Дэвид Марини, «укусила пулю» – то есть построила собственный сканер ОКТ. Который, по словам того же директора, работает в 100 раз быстрее, чем что-либо ещё на сегодняшнем рынке.

Итак, многослойный струйный 3D-принтер соединяется с системами машинного зрения и машинного обучения. Система видения всесторонне сканирует каждый слой объекта во время его печати для своевременного исправления ошибок в режиме реального времени, в то время как модуль искусственного интеллекта использует эту информацию для прогнозирования деформации материалов и создания более точных указаний по печати.

Идея сама предлагает целый ряд применений: компания утверждает, что может печатать конечные продукты из более гибких материалов гораздо точнее, чем другие принтеры. А если требуется напечатать периферию вокруг исходного объекта (это может быть компьютерный чип или другой электронный компонент), то его нужно просто разместить в нужном месте области печати – машина напечатает недостающее точно вокруг него. По завершении работы, устройство сохраняет цифровую копию исходного предмета, вокруг которого велась печать. Её можно использовать для обеспечения качества в производстве при промышленных масштабах.

Проект всё ещё на ранней стадии, и пока существует лишь один действующий серийный принтер. Но продажи печатной продукции начнутся уже в конце текущего года, начиная с экспериментального проекта с Johnson & Johnson, до продажи самих принтеров в следующем году. Если Inkbit сможет использовать текущий интерес со стороны компаний, которые продают медицинские приборы, потребительские товары и автомобильные компоненты, его машины будут играть ведущую производственную роль на множестве рынков, оцениваемых в несколько миллиардов долларов, в ближайшие несколько лет: от зубных капп до промышленных инструментов.

«Я верю, что это будет преобразующим, – говорит Дэвид Марини, – потому что это позволит любому очень быстро перейти от идеи к готовому продукту. Это открывает возможности бизнеса для всех».

Принтер с потенциалом

Когда слой печатается и сканируется, система машинного обучения автоматически исправляет любые ошибки в режиме реального времени и активно компенсируют деформацию и усадку непостоянного материала. Это расширяет ассортимент сырья, которым аппарат может оперировать, а также несколько упрощает конструктив модуля очистки. Современный промышленный принтер Inkbit имеет 16 печатающих головок для создания многокомпонентных деталей и большой печатный блок. Достаточный, чтобы производить изделия размером с кулак в количестве сотен тысяч в год. Бесконтактный струйный дизайн машины означает, что увеличение размера продукта, следующего в цикле производства, будет столь же простым, как расширение блока печати.

Новые горизонты означают, что уже обнаруживается (и ещё будет прибавляться) множество веществ, пока недоступных для использования. Поэтому компания создала несколько собственных химзаводов, чтобы довести универсальность своих агрегатов до максимально возможных границ. Система для смешивания двух материалов непосредственно перед печатью будет доступна уже в следующем году. Она позволит производителям печатать более широкий ассортимент продукции технического качества.

Inkbit предназначена для того, чтобы пользователи могли создавать прототипы и изготавливать новые объекты на одной машине практически под ключ. Войцех Матусик, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук и соучредитель проекта, говорит, что постобработка деталей Inkbit может быть полностью автоматизирована.

Конечно, прежде, чем дизайнеры и изобретатели воспользуются возможностями встроенной многокомпонентной 3D-печати в полной мере, должно пройти некоторое время. Но команда работает над тем, чтобы, когда наступит это будущее, у самых творческих людей была машина для работы: уже сегодня проходят обучение группы будущих разработчиков продуктов.

«Отчасти это намного опережает время, - говорит Матусик. – Я думаю, будет очень интересно увидеть, как люди будут пользоваться этим для конечных продуктов».


 

По материалам MIT News